JPS60200811A - 窒化ホウ素の製造法 - Google Patents

窒化ホウ素の製造法

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JPS60200811A
JPS60200811A JP5455084A JP5455084A JPS60200811A JP S60200811 A JPS60200811 A JP S60200811A JP 5455084 A JP5455084 A JP 5455084A JP 5455084 A JP5455084 A JP 5455084A JP S60200811 A JPS60200811 A JP S60200811A
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紀博 村川
Kazuyoshi Isotani
磯谷 計嘉
Kensaku Maruyama
丸山 謙作
Hideaki Miyashita
宮下 英晃
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 しくは、高純度かつ微細な六方晶望化ホウ素(以下単に
「窒化ホウ素」と略称する。)の新しい製造法に関する
窒化ホウ素粉を焼結加工して得られるセラミノク成型体
は、化学的に安定である、機械加工が容易である、耐熱
衝撃に勝れる、潤滑性があるなどの性質から高温用炉材
、溶融金属輸送用樋、潤滑材などに使われている。
原料とする窒化ホウ素粉は、微細である程焼結し易く、
又焼結加工によって得られる成型体の強度が大きい性質
がある。更に高純度である程強度のバラツキが小さい性
質がある。
従来窒化ホウ素は、ホウ素を窒素気流中で800〜12
00℃に加熱する方法で、あるいはホウ酸をアンモニア
雰囲気中で同様に加熱する方法で製造されている。
しかしこれらの方法で得られる窒化ホウ素は粗粒であり
、セラミソク成型体用の微粉とするためにはボールミル
、振動ミルなどで長時間粉砕する必要がある。この粉砕
を行なうには著しくエネルギー経費が必要であり、又粉
砕機自身の摩耗によって不可避的に不純物が混入するた
め、この不純物を除去する目的で、数回の洗浄r過を繰
り返す必要があるといった経済的に好ましくない欠点が
あった。
本発明者らはこれら従来技術の得失を充分横側した結果
、一旦充分に均一性が高く、かつ構成粒子の粒度の細か
いホウ素酸化物及び単体炭素を含む組成物を製造し、こ
れを含窒素化合物ガス雰囲気中で加熱することによって
、目的とする高純度かつ微細な窒化ホウ素を製造する技
術を開発した。
即ち本発明は、水蒸気を含む熱ガス中にホウ酸エステル
を装入して、ホウ素酸化物及び単体炭素を含む混合エー
ロゾルを生成させて、この分散質を捕集して得た含炭素
組成物を含窒素化合物ガス雰囲気中で加熱することを特
徴とする窒化ホウ素の製造法の発明である。
本発明で言う混合エーロゾルとは、気体中にホウ素酸化
物及び単体炭素が固形物として混在しているものを意味
する。
本発明を更に詳しく説明すると、本発明で用いるホウ酸
エステルは一般弐B(OR)n(OH)3−n (nば
1から6の整数、Rはアルキル基もしくはアリール基)
で表わされるもので、具体的な例を挙げればB(ocn
3) 3. B(ocu3) 2(o■() 、 B(
OCR3C!H3) 3゜B(OC6H5) 3. B
(OC6H5) 2 (OH) 、 B(c6H5)、
(OH) 2 などがある。これらホウ酸エステルを水
蒸気を含む熱ガス中に装入することによって、ホウ酸エ
ステルは加水分解あるいは熱分解によシホウ素酸化物と
有機物とに分解し、更に有機物が熱分解することによっ
て単体炭素を生成する。このようにして水蒸気を含む熱
ガス中にホウ酸エステルを装入することによって、ホウ
素酸化物と単体炭素を含む混合エーロゾルを得ることが
できる。
本発明の中間生成物である含炭素組成物を得るには炉が
用いられる。加熱装置としては燃焼バーナー、通電発熱
体などが、またホウ酸エステル装入用ノズルとガス装入
ダクト、混合エーロゾル排出ダクトとを備えて、耐火物
で囲まれた装置が好適に用いられる。本発明では炉内に
少なくとも700℃以上の空間領域がなければならない
。この温度以上であれば、ホウ酸エステルよりホウ素酸
化物及び単体炭素が生成し、混合エーロゾルとなる。
なお本発明で言うホウ素酸化物は水酸化ホウ素を含むも
のとする。水蒸気を含む熱ガスを得る方法としては通電
発熱方式、高周波加熱方式によって得た熱ガス中に水蒸
気を注入しても良いが、水素あるいはメタン、エタン、
プロパン、ブタン、軽油、灯油、重油などの炭化水素の
ように、燃焼して水蒸気を生成する可燃物を空気で燃焼
させる方法が装置上簡便でアシ、熱効率の面から経済的
である。
得られた混合エーロゾルは炉の外に誘導した後、含捷れ
る固形物をバッグフィルター、サイクロン、電気集塵機
等の捕集装置で捕集するが、捕集装置の熱負荷を軽減す
るためには、予め冷却することが望ましい。冷却の方法
としては反応後の帯域を冷却するとか、又は水を注入し
てもよい。
捕集された含炭素組成物は通電抵抗炉、高周波加熱炉、
直火式管状加熱炉などを用いて窒素、アンモニアなどの
含窒素化合物ガス雰囲気中で800〜1400℃に加熱
することによって窒化ホウ素とすることができる。
含窒素化合物ガス灰囲気中で加熱する工程において、含
炭素組成物を一旦緊縮した後加熱するのが、微細な窒化
ホウ素の粉末を得る上で好ましい。これば嵩比重の小さ
い状態で含炭素組成物を含窒素ガス雰囲気中で加熱する
と、粒子が一方向に成長したウィスカー状の窒化ホウ素
が生成し易いが、一旦緊縮し嵩比重を大きくした後加熱
すれば、粒径が均等にそろった球形の形態のものが得ら
れるという、本発明者らの実験的知見に基づくものであ
シ、嵩比重を少くとも0.15 ?/c c以上に緊縮
するのが好ましい。なお本発明者らの実験的知見上、緊
縮を行なえば含炭素組成物を加熱した工程でのホウ素酸
化物の反応系外への飛散が少なくなシ、窒化ホウ素の生
成収率の向上といった効果もある。
本発明の実施の結果得られる窒化ホウ素に単体炭素が残
存する場合、この炭素は酸素の存在下で500〜800
℃に加熱して燃焼除去することができ、空気中で加熱す
るか、燃料を過剰空気で燃焼させた酸素を含む熱ガス算
囲気下におくことで簡便に行なうことができる。
本発明の実施によって得られる窒化ホウ素はすでに微細
な粉末であるため、従来の粗粒を機械的に粉砕する方法
で問題とされてきた経費の増加、不純物の混入といった
問題点が解消される。
伺故に本発明においては容易に窒化ホウ素の微粉末が得
られるかについての正確な機構は現在のところ詳らかに
し得ないが、恐らくはホウ酸エステルのそれぞれの分子
から加水分解、熱分解などの化学反応によってホウ素酸
化物と単体炭素とが生成するため、両者の混合状態が従
来になく極めて均一かつ微細なためだと推察され、更に
単体炭素の存在が生成する窒化ホウ素の粒子間相互の結
合を妨げる役割を呈するためだと推察される。
以下実施例を示して本発明を具体的に説明する。
実施例1 第1図に示す炉(直径300mmy長さ3m)を用い、
ダクト2より空気を、燃焼バーナーろより熱風用燃料と
してのメタンをそれぞれa o Nm/H,。
8 Nyn!/Hの流量で装入し、ホウ酸エステルとし
てB(OC■(、CH3)3をノズル4より19に9/
Hの流量で炉内に装入した。炉内は第1図のAの位置で
1150℃の温度に保った。
炉内に生成したエーロゾルはダクト5よQ抜き出し、冷
却後バッグフィルターで捕集して含炭素組成物10.7
 Kg / H(乾燥重量)を得た。化学分析の結果、
含炭素組成物には炭素581重量係、B2o341.6
重量係(残シは結合性の水素02重量係、その他01重
量係以下)が含まれていた。
バッグフィルターよシ取シ出した含炭素組成物の嵩比重
は0.091 r/c cであった。この50グを円筒
容器に入れ1軸圧縮し、0.33 y/ccの嵩比重と
した後横型還状抵抗炉を用いて、N2雰囲気中で900
℃、8時間加熱し、一旦冷却後空気中で550℃に加熱
して残存した単体炭素を燃焼除去して70グの粉末を得
た。得られたこの粉末はX線回折の結果、六方晶形窒化
ホウ素であることが確認され、含炭素組成物中のB2O
3に対する生成したBNの収率は79%であった。電子
顕微鏡影像解析によるその平均粒子径は0.14μmで
、粒子形状は均等にそろった球形であることが観察され
、窒素吸着比表面積は9.3 m2/グであった。
比較例1 平均粒径1μmのB2O3と炭素粉末(窒素吸着比表面
積1167?Z’/グ)とを、実施例1で得られた含炭
素組成物と組成が一致するように、416対581の重
量割合でボールミルを用いて24時間混合した。得られ
た混合物30グを実施例1と全く同様にして0.33グ
/ccの嵩比重にし、N2雰囲気中で加熱した後単体炭
素を燃焼除去して54グの粉末を?4た。得られたこの
粉末はX線回折の結果、六方晶形窒化ホウ素であること
が確認され、B2O3に対する生成したBNの収率は6
1%であった。顕微鏡観察の結果、直径が1關以上の粒
子を含み、殆んどは100μm以上の粒子よりなること
が観察され、窒素吸着比表面積は0.2 m2/ f!
であった。
実施例2 実施例1で得られた含炭素組成物307を圧縮せずに、
0.091 fl/ccの嵩比重で近状抵抗炉に装入し
て加熱した以外は実施例1と全く同様にして、六方晶形
窒化ホウ素粉末56グを得た。含炭素組成物中のB2O
3に対する生成したBNの収率は60%であった。電子
顕微鏡影像解析によるその平均粒子径は054μmで、
球状の粒子に加えて1方向に針状に伸びたウィスカー状
態の粒子も観察され、窒素吸着比表面積は5.8 tn
’/グであった。
実施例3〜5 熱風用燃料にはメタンの他にプロパン、水素、ブタンも
用い、ホウ酸エステルとしては表1に示すものをそれぞ
れ用いて、実施例1と同様な方法で表1に示す組成の含
炭素組成物を得た。得られた含炭素組成物をそれぞれ実
施例1と同様にして圧縮した後、含窒素化合物にはNH
3も用いて、それぞれ表1に示す温度、時間の加熱を行
ない、それぞれ表1に示す量の窒化ホウ素の粉末を得た
X線回折の結果、結晶形状はいずれも六方晶形であるこ
とが確認された。電子顕微鏡影像解析による平均粒子径
はそれぞれ表1に示す値で、いずれの粉末も直径が1μ
m以下の粒子のみが観察され、窒素吸着比表面積はそれ
ぞれ表1に示す値であった。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)水蒸気を含む熱ガス中にホウ酸エステルを装入し
    て、ホウ素酸化物及び単体炭素を含む混合エーロゾルを
    生成させて、この分散質を捕集して得た含炭素組成物を
    、含窒素化合物ガス雰囲気中で加熱することを特徴とす
    る新規窒化ホウ素の製造法。
JP5455084A 1984-03-23 1984-03-23 窒化ホウ素の製造法 Granted JPS60200811A (ja)

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US7192644B2 (en) 2002-04-22 2007-03-20 Stc.Unm Non-aqueous borate routes to boron nitride
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